10. Каталитические процессы. Энергетические диаграммы каталитических процессов. Катализатор. Механизм действия катализатора.

Каталитические процессы в настоящее время составляют основу химической технологии. Причем область их применения расширяется: около 90 \% новых производств, освоенных за последние годы химической промышленностью, основаны на взаимодействии, протекающем в присутствии катализаторов. Под катализом понимают изменение скорости химических реакций под воздействием веществ – катализаторов, которые, участвуя в процессе, остаются после его окончания химически неизменными. Катализ называется положительным, если катализатор ускоряет реакции, и отрицательным, если скорость реакции под воздействием катализатора снижается. Катализатор – в-во, которое увеличивает скорость хим. реакции, а сам в конце и начале реакции остается в неизменном состоянии. Применение катализаторов облегчает практическое осуществление многих химических реакций; скорость некоторых из них увеличивается в тысячи и даже миллионы раз. Очень многие промышленные процессы удалось осуществить только благодаря применению катализаторов. К числу каталитических процессов относятся важнейшие крупнотоннажные производства, например, такие как получение водорода, аммиака, серной и азотной кислот и многих других важнейших химических продуктов. Особенно велико и разнообразно применение катализа в технологии органических веществ и в производстве высокомолекулярных соединений. Отрицательный катализ применяется значительно реже: катализаторы замедляющие скорость процесса называют также ингибиторами. Катализаторами могут быть вещества, находящиеся в любом из трех агрегатных состояний. К твердым катализаторам можно отнести металлы и их оксиды, например, железо Fe при синтезе аммиака, платину Pt при окислении аммиака, оксид ванадия V2O5 при окислении SO2, Al2O3 при крекинге нефтепродуктов и др. Жидкими катализаторами служат обычно кислоты и основания, например, серная кислота H2SO4 и фосфорная кислота Н3РО4 применяются при алкилировании ароматических углеводородов, при изомеризации, н-бутилена в изобутилен и др.Примером газообразных катализаторов может служить BF3 в процессах полимеризации некоторых углеводородов. Каталитические процессы можно разделить на две группы: гомогенные и гетерогенные. В гомогенно-каталитических реакциях реагирующие вещества и катализатор составляют одну фазу, а в гетерогенно-каталити-ческих реакциях – разные фазы. В особую группу выделены микрогетерогенные и ферментативные каталитические процессы. Микрогетерогенный катализ происходит в жидкой фазе с участием коллоидных частиц металлов в качестве катализаторов. Катализатор может состоять из одного вещ-ва, а может представлять собой систему веществ, иногда довольно сложную. Действие катализатора в процессе изменения исходной химической системы часто бывает двояким – ускоряющим и ориентирующим. Продолжительность работы катализатора ограничена. Причиной тому являются вторичные реакции, которые приводят к изменению катализатора и потере им своей активности и своей селективности. В большенстве случаев катализатор за время своей жизни успевает переработать кол-во продуктов, во много раз превосходящую его собственный вес.

Механизм действия катализатора, как ускорителя химической реакции, основан на: 1) явлении адсорбции ( поверхностное поглощение) катализатором реагирующих веществ, вследствие чего повышается их концентрация и 2) повышении химической активности адсорбированных молекул благодаря переходу их в возбужденное состояние, в результате чего резко возрастает доля успешных столкновений молекул реагирующих веществ и, соответственно, скорость химической реакции. Механизм действия катализаторов на кинетику химического процесса в настоящее время не может считаться окончательно выясненным. Проблема, связанная с раскрытием явлений, лежащих в основе каталитических процессов, оказалась очень сложной, и потребовалось много лет работы ряда ученых для того, чтобы более глубоко понять явление катализа.

11. Понятие о дисперсных системах и дисперсности. Классификация дисперсных систем.

Дисперсная  система – это система, в которой одно вещество распределено в среде другого, причем между частицами и дисперсионной средой есть граница раздела фаз. Дисперсные системы состоят из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Дисперсная фаза - это частицы, распределенные в среде. Ее признаки: дисперсность и прерывистость. Дисперсионная среда - материальная среда, в которой находится дисперсная фаза. Ее признак – непрерывность. Дисперсность - физическая величина, характеризующая размер взвешенных частиц в дисперсных системах.

Классификация дисперсных систем.

Дисперсионная среда	Дисперсионная фаза	Условное обозначение	Название системы и примеры
Твердая	Твердая	Т/Т	тв. гетерогенные системы: сплавы, бетон
Твердая	Жидкая	Ж/Т	Капиллярные системы: жидкость в пористых телах, почвы, грунты
Твердая	Газообразная	Г/Т	Пористые тела: адсорбенты и катализаторы в газах
Жидкая	Твердая	Т/Ж	Суспензии и золи: извести, пасты, илы
Жидкая	Жидкая	Ж/Ж	Эмульсии: нефть, кремы, молоко
Жидкая	Газообразная	Г/Ж	Газовые эмульсии и пены: флотационные, противопожарные, мыльные пены
Газообразная	Твердая	Т/Г	Аэрозоли: дымы, порошки
Газообразная	Жидкая	Ж/Г	Аэрозоли: туманы, облака
Газообразная	Газообразная	Г/Г	Не образуется

12. Классификация растворов. Способы выражения концентрации растворов (массовая доля, молярная, моляльная, эквивалентная концентрация, моляльная доля). Закон эквивалентов для растворов.

Классификация растворов: твердые (драг. камни), жидкие (ртуть + серебро), газооброзные.

Способы выражения концентрации растворов: 1. Массовая доля раств-го вещ-ва (%-я С); 2.Молярная концентрация (СM): ;; 3.Эквивалентная концентрация (нормальная С):;;; 4.Моляльная Сm: ;; Закон эквивалентов для растворов:

13 Коллигативные свойства растворов. Понижение температуры замерзания. Повышение температуры кипения. Закон Рауля.

Коллигативные свойства – это свойства растворов, зависящие от числа частиц растворенного вещества. К коллигативным свойствам растворов относят:

1) понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором,

2) понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов по сравнению с температурами замерзания и кипения чистых растворителей.

3) осмотическое давление.

Понижение температуры замерзания: ; - кристаллическая константа (из справочника)

Повышение температуры кипения: ;- эгулиоскопическая константа (из справочника)

Закон Рауля: – называют обсалютным понижением давления насыщенного пара растворителя над раствором, а отношение его к давлению насыщенного пара растворителя над чистым растворителем- относительным понижением. Из закона Рауля следует, что при некоторой температуре Т давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем всегда больше, чем над растворомР. Т.О. если растворить в воде какое-нибудь нелетучее вещество, то давление ее пара понизится. При этом разностьтем больше, чем выше концентрация растворенного вещества.

14. Произведение растворимости. Условия образования осадка.

Произведение растворимости (ПР, K_sp) — произведение концентраций ионов малорастворимого электролитав егонасыщенном растворепри постоянной температуре и давлении. Произведение растворимости — величина постоянная.

При постоянной температуре в насыщенных водных растворах малорастворимых электролитов устанавливается равновесиемежду твердым веществом и ионами, образующими это вещество. Например, в случае для CaCO₃ это равновесие можно записать в виде:

CaCO3(s)⇌Ca2+(aq)+CO2−3(aq)

Константа этого равновесия рассчитывается по уравнению:

K={Ca2+(aq)}{CO2−3(aq)}{CaCO3(s)}.

В приближении идеального растворас учётом того, чтоактивностьчистогокомпонента равна единице, уравнение упрощается до выражения:

Ksp=[Ca2+(aq)][CO2−3(aq)].Константа равновесия такого процесса называется произведением растворимости.

Осадок - выделение в виде твердого в-ва из газа(пара), раствора илирасплаваодного или нескольких компонентов. Для этого создают условия, когда система из исходного устойчивого состояния переходит в неустойчивое и в ней происходит образование твердой фазы. Осаждение изпара(десублимация) достигается понижением температуры (напр., при охлаждении паровиодавозникаюткристаллыиода) или химических превращений паров, к которому приводят нагревание, воздействие радиации и т.д. Так, при перегревании паров белого фосфора образуется осадок красного фосфора; при нагревании паров летучих-дикетонатовметалловв присутствии О₂ осаждаются пленки твердых оксидовметаллов.

Осаждения твердой фазы из растворов можно добиться различными способами: понижением температуры насыщенного раствора, удалением растворителя выпариванием(часто в вакууме), изменением кислотности среды, состава растворителя, например добавлением к полярному растворителю (воде) менее полярного (ацетон или этанол). Последний процесс часто называютвысаливанием. Широко применяют для осаждения различные химические реагенты-осадители, взаимодействующие с выделяемыми элементами с образованием малорастворимых соединений, которые выпадают в осадок. Например, при добавлении раствора ВаСl₂ к раствору, содержащему серув виде SO^2-₄, образуется осадок BaSO₄. Для выделения осадков из расплавов последние обычно охлаждают.